Ekologia organizmu

„Dom” danego osobnika moglibyśmy opisać jako sumę jego potrzeb, na które składają się czynniki biotyczne (konkurencja, drapieżnictwo, dostępność pokarmu) oraz abiotyczne (temperatura, dostępność wody, właściwości gleby) w przestrzeni. Czynniki te oddziałują na tego osobnika i ograniczają lub w inny sposób wpływają na jego występowanie. Dodatkowo każdy z tych czynników oddziałuje na osobnika w określonym zakresie, mówiącym o jego tolerancji na ten czynnik. Zakresy te mogą być wąskie dla jednych czynników, a szerokie dla innych. Taki opis „domu” mógłby odpowiadać opisowi niszy ekologicznej, natomiast „adres” byłby siedliskiem.

Poziomy organizacji biologicznej

Czynniki wpływające na interakcje między organizmami a środowiskiem

Interakcje pomiędzy organizmami a środowiskiem zależą od czynników biotycznych i czynników abiotycznych. Pierwsze z tych czynników odnoszą się do wszystkich organizmów żywych, które zasiedlają określony ekosystemekosystemekosystem i które wywierają wpływ na siebie nawzajem oraz na środowisko, w którym żyją. Drugi rodzaj czynników określa występujące w danym ekosystemie czynniki fizykochemiczne, które determinują życie związanych z tym ekosystemem organizmów. Oba rodzaje czynników tworzą zatem wzajemne powiązania między organizmami a środowiskiem.

Czynniki biotyczne

Czynniki biotyczne mogą wpływać na współwystępowanie organizmów lub ograniczenie rozprzestrzeniania któregoś z nich. Dany gatunek może uniemożliwiać życie i rozwój innego gatunku, zamieszkującego ten sam teren, ale jednocześnie zdarza się dość często, że istnienie określonego gatunku warunkuje drugi. Ze względu na rodzaj tych zależności wyróżniamy interakcje antagonistyczne, czyli takie, które są niekorzystne dla jednego z dwóch organizmów oddziałujących na siebie, oraz interakcje nieantagonistyczne, czyli takie, podczas których żadna ze stron nie ponosi szkody na skutek wzajemnego wpływu.

Wymienione rodzaje interakcji zostaną omówione na następnych stronach tego modułu.

Czynniki abiotyczne

Na organizmy żyjące na danym obszarze oddziałują również czynniki abiotyczne: temperatura, dostępność wody, zasolenie, światło słoneczne oraz właściwości gleby. Czynniki te zmieniają się w czasie i przestrzeni, więc organizmy są zmuszone do wykształcenia przystosowań, za pomocą których będą mogły poradzić sobie w niesprzyjających warunkach. Mechanizm ten jest jednym z motorów procesu ewolucji i prowadzi do zjawiska bioróżnorodności.

Poniższa galeria zdjęć prezentuje przykłady przystosowań wybranych organizmów do życia w środowiskach zdeterminowanych przez wybrane czynniki abiotyczne.

Nisza ekologiczna i siedlisko

Nisza ekologiczna i siedlisko należą do podstawowych pojęć używanych w ekologii. 

Nisza ekologiczna obejmuje wymagania gatunku wobec środowiska, wykorzystywane przez niego zasoby, jego relacje z innymi organizmami oraz rolę, jaką pełni w ekosystemie. Siedlisko to miejsce występowania organizmu lub gatunku, charakteryzujące się określonymi warunkami środowiska. Siedliskiem może być np. jezioro, fragment lasu, łąka, gleba lub ciało innego organizmu. Siedlisko określa więc, gdzie organizm żyje, natomiast nisza ekologiczna — w jakich warunkach może funkcjonować i jaką rolę odgrywa w ekosystemie.

RDZ6EVSHAUGQP

Zdjęcie przedstawia ropuchę szarą siedzącą na drobnych kamieniach. Jej ciało jest krępe i masywne. Skóra jest ciemnoszara i chropowata. Na brzuchu nieco jaśniejsza z plamkami. Ropucha ma oczy złotego koloru z podłużną źrenicą.

Niszę, na którą nie oddziałują inne organizmy i która jest ograniczona jedynie przez zakresy tolerancji ekologicznejtolerancja ekologicznatolerancji ekologicznej danego organizmu względem różnych czynników środowiskowych (np. temperatury, wielkości cząstek pokarmowych), nazywamy niszą podstawową (potencjalną). Jest to nisza teoretycznie idealna dla danego gatunku, który osiągnąłby w niej maksimum swojego rozwoju. Nie jest to jednak możliwe, ponieważ żaden organizm nie żyje w środowisku sam. Oddziałują na niego inne organizmy, m.in. przez konkurencję czy drapieżnictwo, i w związku z tym nie jest on w stanie wykorzystać wszystkich zasobów, które teoretycznie są dla niego dostępne. Im silniejsza konkurencja, tym bardziej pokrywają się nisze podstawowe osobników współwystępujących w tej samej przestrzeni. Wąskie nisze bardzo rzadko pokrywają się w dużym stopniu, natomiast szerokie wręcz przeciwnie. Ograniczana przez konkurencję nisza nazywana jest niszą realizowaną (ekologiczną). Może ona ulegać zawężeniu w stosunku do niszy podstawowej, w zależności od panujących warunków i występujących interakcji międzygatunkowych.

RLKTQL81O85BC

Ilustracja składa się z dwóch zdjęć. Obydwa przedstawiają bluszcz pospolity. Na zdjęciu po lewej jest kilka jasnozielonych liści, które są zaostrzone na czubku, a ich siatka nerwów jasnożółta. Na zdjęciu po prawej jest pojedynczy, ciemnozielony liść z ostro zakończoną końcówką i niemalże białą siatką nerwów.

Tolerancja ekologiczna

Każdy organizm wykazuje tolerancję ekologiczną, czyli ma zdolność przystosowywania się do zmiennych warunków środowiska: ilości i natężenia czynników biotycznych i abiotycznych. Różne organizmy, zarówno roślinne, jak i zwierzęce, aby przeżyć, rosnąć i rozmnażać się, wymagają określonych czynników środowiska, np. w zakresie wartości pH gleby, wilgotności powietrza czy nasłonecznienia.

Patrząc na ogół czynników środowiska możemy zauważyć, że to, czego w środowisku jest najmniej decyduje o tym, ile mamy osobników na danym terenie. Zależność ta nosi nazwę prawa minimum (prawa Liebiga). Jest to jedno z podstawowych praw ekologii, mówiące o tym, że czynnik, którego jest najmniej (jest w minimum), działa ograniczająco na organizm, bądź całą populację.

Tę zależność możemy zaobserwować na przykładzie roślin – niezależnie od tego, jak dużo w glebie znajduje się składników niezbędnych do wzrostu rośliny, kluczowa jest dostępność azotu. Jego brak lub zbyt niski poziom będzie ograniczał występowanie tych organizmów w danym siedlisku.

Wizualizacją prawa minimum jest beczka Pojemność beczki jest ograniczana długością jej najkrótszej klepki. Rozwój organizmu także jest ograniczany czynnikiem, którego jest najmniej.

REG5LNG7DOGOJ

Grafika przedstawia wizualizację prawa minimum Liebiga. Na ilustracji znajdują się dwie beczki. Beczka po lewej posiada klepki różnej długości. Najkrótsza z nich znajduje się w połowie wysokości całej beczki. Wypływa z niej woda. Na beczce znajdują się różne pierwiastki chemiczne. W dole beczki umieszczone są B, Cu, Na, Zn, P, Ca, Fe, K, Mn. W górze zaś Fe, S, Cu, N oraz Mg. Obok beczki znajduje się zielona strzałka skierowana ku górze opisana jako wygląd i plon. Jest ona długości najkrótszej klepki. Beczka po prawej stronie posiada klepki schodzące schodkowo do najkrótszej, która ma długość około trzech czwartych wysokości całej beczki. W dole beczki umieszczone są B, Cu, Na, Zn, P, Ca, Fe, K, Mn. W górze zaś Fe, S, Cu, N oraz Mg. Obok beczki znajduje się zielona strzałka skierowana ku górze opisana jako wygląd i plon. Jest ona długości najkrótszej klepki. Strzałka przy beczce prawej jest znacznie dłuższa od strzałki przy beczce lewej.

Rozwinięciem prawa minimum Liebiga jest prawo tolerancji Shelforda. Mówi ono o tym, że zarówno niedobór, jak i nadmiar czynnika wpływa ograniczająco na wzrost i rozwój organizmów.

Zgodnie z tym prawem, każdy organizm ma charakterystyczny przedział zmienności określonych czynników środowiska, w których organizm żyje, rozmnaża się i utrzymuje swoje czynności życiowe, to tzw. zakres tolerancji ekologicznej.

Zakres tolerancji ekologicznej organizmu na dany czynnik jest ograniczony przez dwie wartości skrajne: minimum i maksimum tolerancji. Pomiędzy nimi znajduje się zakres optimum, w którym organizm funkcjonuje najsprawniej i zazwyczaj może się rozmnażać. W pobliżu minimum i maksimum występują zakresy stresu fizjologicznego, w których organizm może przeżyć, ale jego wzrost, rozwój lub rozmnażanie są ograniczone. Wartości czynnika poniżej minimum lub powyżej maksimum tolerancji są dla organizmu letalne.

Zakres tolerancji może zależeć m.in. od wieku, płci, stadium rozwojowego i stanu fizjologicznego organizmu. U stadiów młodocianych i rozrodczych jest on często węższy niż u pozostałych stadiów życia.

Eurybionty i stenobionty

Na organizmy działa wiele różnych czynników w tym samym czasie. Zakres tolerancji na niektóre z nich może być szeroki, natomiast na inne – wąski. Organizmy o szerokim zakresie tolerancji na dany czynnik środowiska nazywane są eurybiontami, a o wąskim - stenobiontami.

Eurybionty to organizmy cechujące się szerokim zakresem tolerancji ekologicznej wobec czynników środowiskowych. Eurybionty mogą żyć w bardzo zróżnicowanych warunkach, osiedlając się na znacznych obszarach Ziemi. 

Wśród eurybiontów wyróżnia się m.in. gatunki ubikwityczne oraz gatunki kosmopolityczne. Gatunki ubikwityczne zasiedlają wiele różnych typów środowisk, ponieważ charakteryzują się dużą tolerancją ekologiczną. Natomiast gatunki kosmopolityczne występują na rozległych obszarach Ziemi, często na wielu kontynentach. Nie każdy gatunek ubikwityczny jest kosmopolityczny, ponieważ może zasiedlać różnorodne środowiska, ale występować jedynie na ograniczonym obszarze. Z kolei nie każdy gatunek kosmopolityczny jest ubikwityczny – może być szeroko rozpowszechniony, lecz wszędzie zajmować ten sam typ siedliska.

R15MFUUHOM68J1

Zdjęcie przedstawia owada. To świerszcz domowy. Świerszcz ma walcowate ciało. Jest lekko spłaszczone grzbietowo‑brzusznie. Czułki ma trochę dłuższe od reszty ciała. Nitkowate. Odnóża ma dosyć grube. Kolorystyka świerszcza jest brązowa. Jego stopy składają się z trzech członów. Na odwłoku świerszcza domowego znajdują się dwa wyrostki. Ma on duże czarne oczy.

Przykładem gatunku kosmopolitycznego mogą być wróbel domowy i trzcina pospolita. Spotykamy je niemalże na całym świecie. Natomiast kostrzewa czerwona (Festuca rubra) – to ubikwityczny gatunek niskiej trawy, charakteryzujący się niewielkimi wymaganiami. Może tworzyć zarówno idealny przydomowy trawnik, jak i łąkę lub pastwisko.

Stenobionty to organizmy cechujące się wąskim zakresem tolerancji ekologicznej wobec czynników środowiskowych.

Zakresy tolerancji ekologicznej gatunku w odniesieniu do:

Formy ekologiczne roślin

Organizmy, które mają podobny zakres tolerancji w stosunku do określonego czynnika, nazywamy formami ekologicznymi.

Gatunki roślin o zbliżonych zakresach tolerancji ekologicznej w stosunku do wilgotności środowiska tworzą różne formy ekologiczne. Wyróżnia się hydrofity, higrofity, mezofity i kserofity.

Gatunki roślin o zbliżonych zakresach tolerancji ekologicznej w stosunku do intensywności światła dzielą się na heliofity i skiofity.

Bioindykatory – gatunki wskaźnikowe

Bioindykator to gatunek o wąskim zakresie tolerancji względem niewielkiej liczby czynników środowiskowych (bioindykatorem może być również inny takson niż gatunek). Obecność tych gatunków świadczy o występowaniu danego czynnika w określonym natężeniu w środowisku.

W praktyce gatunki wskaźnikowe bardzo często są wykorzystywane do określenia stanu środowiska. Większość z nich znajduje się pod ochroną ze względu na znaczną degradację środowiska. Metoda oceny zanieczyszczenia na podstawie występowania bioindykatorów nazywana jest bioindykacją.

Wyjątkową wrażliwość na zanieczyszczenia powietrza związkami siarki wykazują porosty. Są one wrażliwe na zanieczyszczenia powietrza dwutlenkiem siarki (SOIndeks dolny 2₂). Różne gatunki porostów charakteryzują się różnym stopniem wrażliwości na jego obecność w powietrzu. Stopień zanieczyszczenia określa się na podstawie obserwacji porostów występujących na danym terenie, porównując je ze skalą porostową.

RLO14OKFGBOR9

Na fotografii pustułka pęcherzykowata porastająca gałąź drzewa. Dwie kępy jasnozielonego porostu mają nieregularne, rozgałęzione, ułożone koncentrycznie i zrastające się pośrodku liście.

R12N9NZMS1N39

Na zdjęciu brodaczka nadobna. Jest to postrzępiony, szarozielony porost znajdujący się na pniu drzewa. W tle rzeka z porośniętymi brzegami i błękitne niebo.

Podsumowanie

• Czynniki biotyczne i abiotyczne 
  - Organizmy żywe funkcjonują w środowisku pod wpływem dwóch grup czynników: biotycznych i abiotycznych.
  - Czynniki biotyczne to oddziaływania między organizmami, np. konkurencja, drapieżnictwo, pasożytnictwo czy symbioza (interakcje antagonistyczne i nieantagonistyczne).
  - Czynniki abiotyczne obejmują elementy nieożywione środowiska, takie jak temperatura, światło, woda, zasolenie czy właściwości gleby, które warunkują życie organizmów. 

• Nisza ekologiczna i siedlisko
  - Siedlisko to przestrzeń, w której żyje dany gatunek.
  - Nisza ekologiczna oznacza całokształt wymagań i potrzeb organizmu oraz jego rolę w biocenozie.
  - Nisza ekologiczna obejmuje m.in. sposób zdobywania pokarmu, tolerancję na czynniki środowiska i relacje z innymi organizmami.
  - Wyróżnia się niszę podstawową (potencjalną) oraz niszę realizowaną, która jest ograniczona przez konkurencję i inne interakcje międzygatunkowe. 

• Tolerancja ekologiczna
  - Tolerancja ekologiczna to zdolność organizmu do funkcjonowania w określonym zakresie natężenia czynników środowiska.
  - Każdy organizm charakteryzuje się minimum, maksimum i optimum tolerancji danego czynnika.
  - Zarówno niedobór, jak i nadmiar czynnika mogą ograniczać wzrost i rozwój organizmu (prawo minimum Liebiga i prawo tolerancji Shelforda).

• Organizmy różnią się zakresem tolerancji ekologicznej na poszczególne czynniki środowiska.

  - Eurybionty to organizmy o szerokim zakresie tolerancji ekologicznej na dany czynnik (np. temperaturę, wilgotność, zasolenie), dzięki czemu mogą żyć w zróżnicowanych warunkach środowiska.

  - Stenobionty natomiast charakteryzują się wąskim zakresem tolerancji ekologicznej, dlatego są silnie uzależnione od stabilnych i ściśle określonych warunków środowiska.

  - Ten sam organizm może być eurybiontem względem jednego czynnika, a stenobiontem względem innego. Organizmy o wąskim zakresie tolerancji ekologicznej mają szczególne znaczenie jako bioindykatory, ponieważ ich obecność lub brak pozwala ocenić stan środowiska, np. stopień zanieczyszczenia powietrza (porosty jako wskaźniki obecności SO₂). 

• Określanie środowiska życia na podstawie tolerancji ekologicznej
  - Analizując zakres tolerancji organizmu na konkretny czynnik (np. temperaturę, wilgotność, światło czy zasolenie), można określić, w jakim środowisku jest on zdolny do życia, wzrostu i rozmnażania. 

• Adaptacje i formy ekologiczne roślin
  - Rośliny wykształciły liczne przystosowania do życia w różnych siedliskach.
  - Na tej podstawie wyróżnia się formy ekologiczne, np. hydrofity, higrofity, mezofity i kserofity (ze względu na wilgotność) oraz heliofity i skiofity (ze względu na światło).
  - Adaptacje te umożliwiają roślinom funkcjonowanie w określonych warunkach środowiska.

Ćwiczenia utrwalające